专利名称：混凝土结构梁柱节点的加固方法
技术领域：
本发明涉及一种混凝土结构梁柱节点的加固方法，特别是针对空间结构和受力都比较复杂的梁柱节点进行加固的方法。属于土木工程领域。
背景技术：
目前，钢筋混凝土框架结构是当前应用最为广泛的一种结构形式，也是目前地震区应用最为广泛的一种抗震结构形式。设计不当、环境恶劣、用途改变等原因都会引起结构构件的承载力和刚度的不足而需要进行修复加固。同时，在地震区的框架结构受到地震力而破坏时，也需要进行修复加固。其中，梁柱节点的破坏时一个重要的方面。梁柱节点包括框架梁与框架柱相交的节点核心区及邻近核心区的梁端和柱端，是混凝土框架的传力枢纽，在结构中发挥着传递、分配内力和保持结构整体性的作用，受力比较复杂，空间结构也比较复杂。梁柱节点的破坏，将引起结构的严重损害，甚至坍塌，后果十分严重。因此，结构设计中一般有有“强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱杆件”的要求。
鉴于梁柱节点的重要性，近几十年来，工程界对梁柱节点的加固开展了大量的研究工作，提出了各种各样的加固方法。比如，扩大截面加固法，外包钢加固法，预应力加固法，喷射混凝土法等。然而，上述方法存在着许多问题。
扩大截面加固法取材方便、施工技术简单、加固效果稳定可靠，提高原构件的承载力的同时，还可以加大其截面刚度，增强结构的稳定性和抗震性能。但是，扩大截面加固法现场湿作业多，施工周期长，对原结构影响较大，如因截面增大而影响原有建筑效果，减小使用空间，增加结构自重，有时甚至会因结构之重的增加而致使须对原结构的基础进行附加加固，从而大大增加加固成本，延长施工时间。采用这种施工方法时，往往造成原结构的使用中断，带来相应的间接损失。
外包钢加固法可在基本上不增大构件尺寸的情况下较多地提高其承载力，增大延性和刚度。以及使用上不允许增大原构件截面尺寸，却又要求大幅度地提高截面承载能力，增大延性和刚度的结构的加固。本方法优点是施工简便，现场工作量较少，受力较为可靠；缺点是用钢量较大，加固维修费用较高，不宜用在具有腐蚀介质的环境下。
喷射混凝土加固方法施工时喷射方向调节自由度大，而且具有施工速度快、节省模板、施工周期短的特点。但是，由于其自身的工艺特点，其在施工中会产生一定数量的回弹量，形成损耗，而且污染环境。从结构构造的角度讲，喷射混凝土在形成时往往达不到经过良好振捣浇筑混凝土的均匀密实程度，而且喷射混凝土所要求的原材料配合比的特殊性以及喷射施工操作质量较普通混凝土施工不易控制，导致喷射混凝土在一些理化性能(主要为力学强度、抗渗能力、耐久性等)方面表现出质量的不稳定性，尤其是抗裂的不足和减寻層。
预应力加固法是在构件外部用预应力拉杆或者钢绞线对构件进行加固的方法，可在基本不影响建筑物使用空间的条件下，提高构件的承载能力，并降低原构件中控制截面的应力水平，但是使用环境中存在腐蚀性介质、高温、明火时，应特别注意防护，且不便于施工，锚固比较困难。
此外，采用传统加固方法加固材料的抗压强度高，而抗拉强度低，影响加固效果；采用传统加固方法对梁柱节点的抗剪强度，抗渗能力的提高不是很显著。尤其是对于存在双向交叉的柱和梁的，空间结构比较复杂的梁柱节点，采用传统加固方法的效果不是很明显，施工也比较困难。发明内容
本发明的目的是提供一种混凝土结构梁柱节点的加固方法，其加固效果优越、适用性强、应用面广、经济性好，尤其是施工特别简单快捷。
本发明的技术方案如下:
分为以喷射纤维混凝土加固和喷射短切FRP纤维环氧树脂加固两种方法，具体实施步骤分别如下:
1、喷射纤维混凝土对混凝土结构梁柱节点的加固方法:
(I)首先对柱和梁的的节点处表面进行处理；
(2)其次，借助高压水或者高压风对节点处露出的坚实混凝土层进行冲洗、清理干净，再用水湿润并涂抹界面剂；
(3)再次，将短切纤维与混凝土和水按比例混合均匀后，搅拌成纤维混凝土拌合料；
(4)然后，将搅拌好的纤维混凝土拌合料送入喷射机，以压缩空气作为动力，经输料管送至喷嘴处，与外加剂相混合，借助风压将混合有外加剂的纤维混凝土拌合料喷射到梁柱节点处；
(5)最后，对梁柱节点处后期喷射上去的纤维混凝土进行养护。
2、喷射短切FRP纤维环氧树脂对混凝土结构梁柱节点的加固方法:
(I)首先，对柱和梁的节点处进行适当的打磨处理，以混凝土、水泥砂浆或环氧找平材料修补，修补后表面应平整，干燥；
(2)其次，以混凝土、水泥砂浆或环氧找平材料对打磨处理过后的梁柱节点处进行修补，修补后梁柱节点处表面应平整，干燥；
(3)再次，将短切FRP纤维与环氧树脂和外加剂按比例混合均匀后，搅拌成短切FRP纤维环氧树脂拌合料；
(4)然后，将搅拌好的短切FRP纤维环氧树脂拌合料送入喷射机，以压缩空气作为动力，经输料管送至喷嘴处，借助风压将短切FRP纤维环氧树脂拌合料喷射到梁柱节点处；
(5)最后，对梁柱节点处后期喷射上去的短切FRP纤维环氧树脂进行固化处理。
采用本发明方案后，具有如下优点:
(I)本加固方法采用喷射干料的方法进行加固，可不受结构构件形状和尺度的影响，可对空间复杂的梁柱节点进行加固，较好的克服了梁柱节点由于存在双向交叉的梁和柱而形成空间障碍造成的加固困难。
(2)本加固方法喷射层强度高，韧性好，由于有极短切纤维的存在，极大地提高了节点处混凝土的抗压强度、抗拉强度、抗剪强度、抗弯强度，对混凝土的裂缝控制效果更为突出，抗震性能得到了良好的改善，抗冲耐磨强度，抗折强度和耐久性由于有短切纤维的存在而得到了较大程度的提高。
(3)本加固方法加固施工过程中不需另设模板，不需锚固，也不需钢筋网的架设就能和原梁柱节点的混凝土得到很好的粘结。节省了大量模板材料，省去支模工序，施工方便，简单快捷。尤其是喷射混合有短切FRP纤维的环氧树脂拌合料，只需打磨梁柱节点加固区就能够继续施工。
(4)本加固方法由于在干料当中有均匀短切纤维的存在，在施工过程中干料的回弹率比较低，大大缩短了现场处理及继续供料所耗用的时间，同时减少了干料的损耗，也不污染环境。
(5)本加固方法适用性强且具有广泛的应用前景，即可应用于既有建筑节点承载力不足的加固，也可应用于震损节点的震后快速修复。
图1为本发明喷射纤维混凝土加固的工作原理图2为本发明喷射FRP纤维环氧树脂加固的工作原理图3为图1 (图2)中A-A剖视图4为喷射短切纤维混凝土施工工工艺图5为喷射短切纤FRP维环氧树脂施工工工艺图。
图中:
1.柱，2.梁，3.节点，4.搅拌机，5.纤维混凝土拌合料，6.FRP纤维环氧树脂拌合料，7.喷射机，8.输料管。
具体实施方式
本发明的钢筋混凝土梁柱节点加固方法，分为以喷射纤维混凝土加固和喷射短切FRP纤维环氧树脂加固两种方法，具体实施步骤分别如下:
1、喷射纤维混凝土加固方法施工方法，如图1、图3和图4所示:
(I)首先，对柱I和梁2的的节点3处表面进行凿毛处理，剔除松散混凝土。
(2)其次，借助高压水或者高压风对节点3处露出的坚实混凝土层进行冲洗、清理干净，再用水湿润并涂抹界面剂。
(3)再次，如图3所示，将短切纤维与混凝土和水混合均匀后，在搅拌机4中搅拌成纤维混凝土拌合料5 ;经过搅拌机4的搅拌后，短切纤维在纤维混凝土拌合料5中三维乱向均匀分布；所述的短切纤维是钢纤维或有机纤维等，长度为15mm-40mm ;有机纤维主要指例如纤维素纤维，聚丙烯纤维等；所述的短切纤维与混凝土和水的最常规的重量比例为:混凝土占73% 84%、水占15% 22%、短切纤维占1% 5%。但上述比例不是绝对的，可按具体的环境条件加以调整，以利于喷射及喷射后的贴敷。
(4)然后，如图1、图3所示，用泵将搅拌好的纤维混凝土拌合料5送入喷射机7，以压缩空气作为动力，经输料管8送至喷嘴处，与外加剂相混合，借助风压将混合有外加剂的纤维混凝土拌合料5喷射到梁柱节点3处，形成具有一定强度的结构增强、增韧材料，以得到加固效果；所述的外加剂是用于喷射混凝土施工中需要的能使混凝土迅速凝结硬化的速凝剂，是喷射混凝土施工法中不可缺少的一种添加剂，其掺用量占所述的纤维混凝土拌合料5重量的2% 5% ;所述的外加剂常用的是无机盐类，主要型号有红星I型、7 I1、728型、8604型等。如:红星I型速凝剂是由铝氧熟料(主要成分是氯酸钠)、碳酸钠、生石灰按质量I:1:0.5的比例配制而成的一种粉状物，7 II型速凝剂是铝氧熟料与无水石膏按质量比3:I配合粉末而成，等等。
(5)最后对梁柱节点3处后期喷射上去的纤维混凝土进行养护。
2、喷射短切FRP纤维环氧树脂加固方法施工方法，如图2、图3和图5所示:
(I)首先，对柱I和梁2的节点3处进行适当的打磨处理，以混凝土、水泥砂浆或环氧树脂找平材料修补，修补后表面应平整，干燥；
(2)其次，以混凝土、水泥砂浆或环氧树脂找平材料对打磨处理过后的梁柱节点3处进行修补，修补后梁柱节点3处表面应平整，干燥；
(3)再次，如图4所示，将短切FRP纤维与环氧树脂和外加剂混合均匀后，在搅拌机4中搅拌成短切FRP纤维环氧树脂拌合料6 ;所述的FRP纤维FRP英文名:Fiber ReinforcedPlastics ARP材料是由连续纤维和树脂基体复合而成，常用的是碳纤维、玻璃纤维、聚酯纤维等。FRP纤维长度为10mm-25mm ;所述的外加剂与上述喷射纤维混凝土加固方法中使用的外加剂相同。其中短切FRP纤维用量为:占环氧树脂重量的2% 5%。外加剂占环氧树脂重量的1% 3%。
(4)然后，如图2、图3所示，用泵将搅拌好的短切FRP纤维环氧树脂拌合料6送入喷射机7，以压缩空气作为动力，经输料管8送至喷嘴处，借助风压将短切FRP纤维环氧树脂拌合料6喷射到梁柱节点3处，形成具有一定强度的结构增强、增韧材料，以得到加固效果;
(5)最后对梁柱节点3处后期喷射上去的短切FRP纤维环氧树脂进行固化处理。
权利要求
1.一种以喷射纤维混凝土对混凝土结构梁柱节点的加固方法，其步骤为: (1)首先对柱和梁的的节点处表面进行处理； (2)其次，借助高压水或者高压风对节点处露出的坚实混凝土层进行冲洗、清理干净，再用水湿润并涂抹界面剂； (3)再次，将短切纤维与混凝土和水按比例混合均匀后，搅拌成纤维混凝土拌合料；经过搅拌后，短切纤维在纤维混凝土拌合料中三维乱向均匀分布； (4)然后，将搅拌好的纤维混凝土拌合料送入喷射机，以压缩空气作为动力，经输料管送至喷嘴处，与外加剂相混合，借助风压将混合有外加剂的纤维混凝土拌合料喷射到梁柱节点处； (5)最后，对梁柱节点处后期喷射上去的纤维混凝土进行养护。
2.根据权利要求1所述的加固方法，在步骤(3)中，所述的短切纤维是钢纤维或有机纤维，有机纤维主要指纤维素纤维，聚丙烯纤维；短切纤维长度为15mm-40mm。
3.根据权利要求1或2所述的加固方法，在步骤(3)中，短切纤维与混凝土和水是在搅拌机中搅拌成纤维混凝土拌合料；所述短切纤维与混凝土和水的重量比例为:混凝土占73% 84%、水占15% 22%、短切纤维占1% 5%。
4.根据权利要求1所述的加固方法，在步骤(4)中，所述的外加剂是能使混凝土迅速凝结硬化的速凝剂，其掺用量占所述的纤维混凝土拌合料重量的2% 5% ;所述的外加剂常用的是无机盐类，型号有红星I型、7 I1、728型或8604型。
5.一种以喷射短切FRP纤维环氧树脂对混凝土结构梁柱节点的加固方法，其步骤为: (O首先，对柱和梁的节点处进行适当的打磨处理，以混凝土、水泥砂浆或环氧找平材料修补，修补后表面应平整，干燥； (2)其次，以混凝土、水泥砂浆或环氧找平材料对打磨处理过后的梁柱节点处进行修补，修补后梁柱节点处表面应平整，干燥； (3)再次，将短切FRP纤维与环氧树脂和外加剂按比例混合均匀后，搅拌成短切FRP纤维环氧树脂拌合料； (4)然后，将搅拌好的短切FRP纤维环氧树脂拌合料送入喷射机，以压缩空气作为动力，经输料管送至喷嘴处，借助风压将短切FRP纤维环氧树脂拌合料喷射到梁柱节点处； (5)最后，对梁柱节点处后期喷射上去的短切FRP纤维环氧树脂进行固化处理。
6.根据权利要求5所述的加固方法，在步骤(3)中，所短切述的FRP纤维常用的是碳纤维、玻璃纤维或聚酯纤维，纤维长度为10mm-25mm。
7.根据权利要求5或6所述的的加固方法，在步骤(3)中，所述的外加剂与上述喷射纤维混凝土加固方法中使用的外加剂相同。
8.根据权利要求7所述的加固方法，在步骤(3)中，短切FRP纤维与环氧树脂和外加剂是在搅拌机中搅拌成短切FRP纤维环氧树脂拌合料；其中短切FRP纤维:占环氧树脂重量的2% 5%，外加剂占环氧树脂重量的1% 3%。
全文摘要
本发明涉及一种混凝土结构梁柱节点的加固方法，特别是针对空间结构和受力都比较复杂的梁柱节点进行加固的方法。它是将短切纤维与混凝土，水混合搅拌成拌合料，并在喷射机喷嘴处加入速凝剂，喷射到梁柱节点处。或将短切FRP纤维与环氧树脂，外加剂混合搅拌成拌合料，用喷射机喷射到梁柱节点处,以对节点加固。本发明不受构件形状和尺度的影响对空间复杂的梁柱节点进行加固；喷射层强度高，韧性好；施工过程中干料的回弹率较低，大大缩短了施工时间，减少了干料损耗，不污染环境；施工中不需另设模板，不需锚固和架设钢筋网，节省了大量材料，省去支模工序，施工方便、简单快捷。本加固方法既可应用于既有建筑节点固，也可应用于震后快速修复。
文档编号E04G23/02GK103161323SQ20131006986
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者周长东, 潘庆龙, 张葆妍, 王京京 申请人:北京交通大学